頁巖氣儲(chǔ)層測(cè)井解釋模型建立與評(píng)價(jià)方法研究

金力鉆， 孫玉紅， 楊鐵梅

(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300457)

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頁巖氣儲(chǔ)層測(cè)井解釋模型建立與評(píng)價(jià)方法研究

金力鉆， 孫玉紅， 楊鐵梅

(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300457)

針對(duì)EROMANGA盆地北東緣白堊系Toolebuc頁巖儲(chǔ)層特征，從測(cè)井巖心刻度出發(fā)，利用測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果回歸方法，建立頁巖的主要礦物含量以及總孔隙度、含烴飽和度、滲透率、總含氣量等測(cè)井解釋模型，建立一套適合于該地區(qū)的頁巖氣儲(chǔ)層綜合解釋評(píng)價(jià)方法，用此方法對(duì)Toobeluc頁巖儲(chǔ)層進(jìn)行精細(xì)解釋，具有較好的應(yīng)用效果。

測(cè)井評(píng)價(jià)； 頁巖氣； 解釋模型

頁巖氣是以游離或吸附形式存在、儲(chǔ)集在富含有機(jī)質(zhì)的細(xì)粒碎屑巖中的天然氣。在成藏模式上具有自生、自儲(chǔ)、致密等特征，在油氣存在形式上具有游離、吸附、水溶等特點(diǎn)，整體表現(xiàn)為低豐度、大規(guī)模、非常規(guī)天然氣聚集[1-2]。天然氣測(cè)井技術(shù)作為頁巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)關(guān)鍵技術(shù)，在頁巖氣勘探開發(fā)中起著重要作用[3]。頁巖儲(chǔ)層測(cè)井特征常表現(xiàn)為高自然伽馬、高電阻率、高聲波時(shí)差、高中子以及低密度、低光電截面指數(shù)的特點(diǎn),其復(fù)雜和隱蔽性給測(cè)井解釋帶來巨大的困難，且具有與常規(guī)油氣層不同的測(cè)井解釋模型和評(píng)價(jià)方法[4-6]，針對(duì)頁巖氣儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)難點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外各個(gè)油氣田均開展了相應(yīng)研究工作[7-8]。

本文針對(duì)EROMANGA盆地北東緣白堊系Toolebuc頁巖儲(chǔ)層特征，通過理論模型和數(shù)值回歸分析的方法，建立頁巖的主要礦物含量以及總孔隙度、含烴飽和度、滲透率、總含氣量等測(cè)井解釋模型，利用巖芯刻度技術(shù),以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、概率統(tǒng)計(jì)模型為基礎(chǔ)的儲(chǔ)層評(píng)價(jià)法完成對(duì)該地區(qū)頁巖儲(chǔ)層礦物組分、物性參數(shù)、含氣量等參數(shù)的計(jì)算，建立一套適合于該地區(qū)的頁巖氣儲(chǔ)層綜合解釋評(píng)價(jià)方法。

1 測(cè)井解釋模型的建立

頁巖油氣儲(chǔ)層的巖石物理體積模型比常規(guī)儲(chǔ)層更加復(fù)雜，常規(guī)三組合測(cè)井信息有限，不能精確求解巖石體積模型，且地層水參數(shù)與巖電參數(shù)難以獲取，同時(shí)還需計(jì)算有機(jī)碳含量與吸附氣含量，因此頁巖油氣儲(chǔ)層參數(shù)的評(píng)價(jià)相比常規(guī)儲(chǔ)層更為困難[9-12]。針對(duì)EROMANGA盆地北東緣白堊系Toolebuc頁巖儲(chǔ)層特征，從測(cè)井巖心刻度出發(fā)，利用測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果回歸方法，建立頁巖氣關(guān)鍵參數(shù)的測(cè)井解釋模型。

1.1 礦物含量和孔隙度模型

Toolubuc頁巖礦物包括砂質(zhì)、泥質(zhì)、灰質(zhì)、干酪根等，采用巖心刻度測(cè)井方法，利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)軟件SPSS進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)回歸得出有機(jī)質(zhì)含量(TOC)、干酪根、總孔隙度、孔隙度以及各礦物含量的關(guān)系式。

(1) 有機(jī)質(zhì)含量(TOC)

有機(jī)質(zhì)含量模型計(jì)算方法主要有密度計(jì)算和聲波-電阻率計(jì)算兩種方法。通過交匯分析可以看出，TOC與密度有很好相關(guān)性，密度值越低，TOC越高，通過密度計(jì)算法回歸得出：

(1)

式中：TOC為有機(jī)質(zhì)含量，%；DEN為密度測(cè)井值，g/cm3；R為相關(guān)系數(shù)。

頁巖聲波時(shí)差測(cè)井曲線上呈現(xiàn)高值，其原因是裂縫的發(fā)育和油氣存在均使聲波時(shí)差變大，因此頁巖TOC與聲波曲線成正相關(guān)，聲波值越大，TOC越高，反之，TOC越小。一般泥質(zhì)巖的視電阻率值都較低，而在泥巖裂縫含油氣層段，表現(xiàn)出較高的視電阻率值，表明油氣富集的TOC與電阻率曲線相關(guān)性很好。因此經(jīng)過一定刻度的聲波曲線與電阻率曲線的幅度差與TOC有很好的相關(guān)性，通過上述交匯關(guān)系回歸得出：

(2)

式中：Rt為測(cè)井得到的地層電阻率，Ω·m；Rj為非源巖的電阻率基線， Ω·m；AC為聲波測(cè)井?dāng)?shù)值，μs/ft；ACj為非源巖的聲波測(cè)井基線，μs/ft；K為刻度系數(shù)，一般取0.02。

從回歸關(guān)系式中可以看出，密度法計(jì)算有機(jī)質(zhì)含量相關(guān)系數(shù)比聲波-電阻率法高，因此在有密度測(cè)井的情況下，用密度資料計(jì)算有機(jī)質(zhì)含量TOC更可靠。

(2) 干酪根含量(GLG)

儲(chǔ)層中干酪根含量高低直接決定了有機(jī)質(zhì)含量的高低，通過EROMANGA油田區(qū)塊多口井有機(jī)質(zhì)含量-干酪根體積交匯分析，得到以下關(guān)系：

(3)

式中：GLG為干酪根含量，%。

(3) 泥質(zhì)含量(Vsh)

泥質(zhì)含量的計(jì)算一般采用自然伽馬來計(jì)算，由于很多井沒有測(cè)量能譜曲線，無法計(jì)算泥質(zhì)含量。中子曲線對(duì)泥質(zhì)含量反應(yīng)明顯，中子數(shù)值高，泥質(zhì)含量高；電阻率曲線則相反，電阻率高，泥質(zhì)含量低。因此，通過中子、電阻率和有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行多元回歸，可以得出：

Vsh=18.948-1.968×TOC+0.816×CNL-

0.486×Rt

R=0.843

(4)

式中：Vsh為泥質(zhì)含量，%； CNL為中子測(cè)井值，%。

(4) 灰質(zhì)含量(Vlim)

灰質(zhì)含量影響了測(cè)井電阻率的高低，也決定了中子數(shù)值的大小。通常電阻率越高，灰質(zhì)含量越高，中子測(cè)量值越高，灰質(zhì)含量越低，而有機(jī)質(zhì)含量與礦物含量的多少有直接關(guān)系，通過多參數(shù)回歸，得出：

Vlim=63.345+0.568×Rt+2.0×TOC-

1.678×CNL

R=0.757

(5)

式中：Vlim為灰質(zhì)含量，%。

(5) 總孔隙度(PORT)

儲(chǔ)層總孔隙度的計(jì)算采用孔隙度曲線中子和密度，由于有機(jī)質(zhì)含量與各個(gè)礦物含量有直接關(guān)系，因此建立了如下多元方程：

PORT=-1.537+0.62×CNL-

0.89×DEN-0.604×TOC

R=0.901

(6)

式中：PORT為總孔隙度，%。

(6) 充氣孔隙度(POR)

根據(jù)工區(qū)實(shí)際情況，Toobeluc頁巖深度在700 m以上的，充氣孔隙度相對(duì)較低，充氣孔隙度小于2%；而深度在700 m以上的有效孔隙度較高，充氣孔隙度大于3%，因此實(shí)驗(yàn)確定充氣孔隙度采用分段模型，通過建立充氣孔隙度與有機(jī)質(zhì)含量、密度、中子以及泥質(zhì)含量的關(guān)系，可以得出當(dāng)垂直深度小于700 m時(shí)：

POR=-7.494-0.053×TOC-0.051×

Vsh+3.426×DEN+0.075×CNL

R=0.824

(7)

當(dāng)垂直深度大于700 m時(shí)：

POR=-46.155+0.087×TOC-0.123×

Vsh+18.253×DEN+0.352×CNL

R=0.831

(8)

式中：POR為充氣孔隙度，%。

(7) 砂質(zhì)含量(SAND)

通過泥質(zhì)、灰質(zhì)、干酪根以及孔隙度，可確定砂質(zhì)含量。

(9)

式中：SAND為砂質(zhì)含量，%。

1.2 滲透率(PERM)模型

根據(jù)物性分析的孔隙度與滲透率關(guān)系可知，滲透率與孔隙度具有較好的正相關(guān)關(guān)系。通過巖芯充氣孔隙度-滲透率交會(huì)圖建立估算滲透率模型如下：

PERM=3×10-6e1.279 1×POR(R=0.805)

式中：PERM為滲透率，mD。

1.3 含烴飽和度(Sog)模型

根據(jù)常規(guī)泥質(zhì)砂巖飽和度計(jì)算公式可知：含水飽和度與電阻率、泥質(zhì)含量以及孔隙度密切相關(guān)，電阻率越高，地層含水飽和度則越低；孔隙度越高，地層含水飽和度也越低；泥質(zhì)對(duì)含水飽和度也有一定影響，通過回歸可以得出含烴飽和度的計(jì)算模型：

2.907]×100/POR

Sog=100-Sw

R=0.857

(10)

式中：Sw為含水飽和度，%；Sog為含氣飽和度，%。

1.4 總含氣量(Tgas)模型

有機(jī)質(zhì)含量TOC與頁巖生氣率和吸附氣量成正比，有機(jī)質(zhì)含量高時(shí)含氣量越高。一般情況下頁巖具有較高的含氫指數(shù)，導(dǎo)致中子值較高，但如果含氣量高的情況下，由于中子的挖掘效應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致中子測(cè)量數(shù)值降低，因此采用中子與有機(jī)質(zhì)含量綜合評(píng)價(jià)的方法來計(jì)算頁巖層的總含氣量，通過回歸后得出：

(11)

式中：Tgas為總含氣量，m3/t。

2 實(shí)例分析

2.1 工區(qū)概況

EROMANGA油田區(qū)塊位于晚古生代時(shí)期的加里里盆地內(nèi)，部分穿過Maneroo地臺(tái)，早白堊的Toobeluc頁巖是頁巖氣勘探主要目標(biāo)。Toobeluc由富含生物質(zhì)的頁巖和石灰?guī)r共同構(gòu)成，主要分布在Maneroo地臺(tái)，包括在EROMANGA公司的5個(gè)ATP區(qū)塊。區(qū)塊內(nèi)目前有多口井鉆探到Toobeluc頁巖，主要測(cè)井資料包括自然伽馬、自然電位、深中淺電阻率、密度、中子、聲波以及能譜資料。

2.2 測(cè)井資料預(yù)處理

EROMANGA油田主要采用了電纜測(cè)井。該油田測(cè)井曲線電阻率、中子、密度和聲波曲線形態(tài)良好，具有明顯可對(duì)比性，僅聲波曲線有稍微偏差，通過選取Toolubuc頁巖儲(chǔ)層以上20～30 m較穩(wěn)定的泥巖層井段做標(biāo)準(zhǔn)層，做了取芯井標(biāo)準(zhǔn)層直方圖(見圖1、圖2和圖3)，確定了各口井的密度、中子、聲波校正值。

Fig.1 Density histogram before and after correction

2.3 計(jì)算方法對(duì)比

利用Forward軟件，根據(jù)上述測(cè)井解釋模型，對(duì)B1井進(jìn)行了頁巖層段處理，來比較不同計(jì)算方法的精度。圖4分別利用最優(yōu)化方法和巖芯刻度技術(shù)，以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、概率統(tǒng)計(jì)模型為基礎(chǔ)的儲(chǔ)層評(píng)價(jià)法計(jì)算出的泥質(zhì)、灰質(zhì)、砂質(zhì)、干酪根等礦物含量，從計(jì)算結(jié)果與巖心刻度進(jìn)行對(duì)比分析可知，通過統(tǒng)計(jì)算法計(jì)算的參數(shù)比測(cè)井最優(yōu)化方法處理結(jié)果更精確，因此在區(qū)內(nèi)采用統(tǒng)計(jì)算法計(jì)算礦物含量參數(shù)。

圖2 中子校正前后直方圖

Fig.2 Neutron histogram before and after correction

圖3 聲波校正前后直方圖

Fig.3 Sound waves before and after the correction of histogram

圖4 最優(yōu)化法和統(tǒng)計(jì)回歸法結(jié)果對(duì)比

Fig.4 The results of optimization method and the statistical regression method

2.4 處理解釋結(jié)果分析

根據(jù)上述測(cè)井解釋模型，利用統(tǒng)計(jì)回歸算法，對(duì)區(qū)內(nèi)各井進(jìn)行了頁巖層段處理，以E1井頁巖處理圖為例，圖5表示解釋的泥質(zhì)含量、灰質(zhì)含量、干酪根含量、砂質(zhì)含量以及總孔隙度、含水飽和度，通過巖心分析刻度的結(jié)果與測(cè)井解釋結(jié)果，無論在數(shù)值上還是形態(tài)上都吻合得較好。測(cè)井解釋與巖心分析總孔隙度的相對(duì)誤差都在8%以內(nèi)(見表1)，含水飽和度的絕對(duì)誤差也小于10%，滲透率的誤差在1個(gè)數(shù)量級(jí)范圍內(nèi)，表明了上述測(cè)井解釋模型和算法可以運(yùn)用于工區(qū)的測(cè)井評(píng)價(jià)計(jì)算。

圖5 E1井頁巖處理圖

Fig.5 The shale processing figure of E1 well

表1 E1井測(cè)井解釋與巖芯分析結(jié)果對(duì)比

3 結(jié)論

(1) 利用測(cè)井巖心刻度技術(shù)方法得出的頁巖的主要礦物含量以及總孔隙度、含烴飽和度、滲透率、總含氣量、有機(jī)質(zhì)含量等頁巖評(píng)價(jià)關(guān)鍵參數(shù)，為頁巖層的分析提供了較準(zhǔn)確依據(jù)。

(2) 頁巖礦物成分復(fù)雜，最優(yōu)化方法計(jì)算儲(chǔ)層參數(shù)精度有限，而利用巖芯刻度技術(shù)，以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、概率統(tǒng)計(jì)模型為基礎(chǔ)的儲(chǔ)層評(píng)價(jià)法，計(jì)算的參數(shù)比測(cè)井最優(yōu)化方法處理結(jié)果更精確。

(3) 基于巖心刻度的頁巖氣測(cè)井解釋模型，適用EROMANGA盆地北東緣白堊系Toolebuc頁巖氣儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)，可以擴(kuò)展用于整個(gè)區(qū)塊頁巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)。

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(編輯 宋官龍)

The Model Establishment and Evaluation Methods of Shale Gas Reservoir Well Logging Interpretation

Jin Lizuan, Sun Yuhong, Yang Tiemei

(CNOOCEnerTech-Drilling&ProductionCo.,Tianjin300457,China)

According to the characteristics of Cretaceous shale Toolebuc reservoir in the north eastern margin of EROMANGA basin, the core of well logging was determined, and the shale contents of main minerals and total porosity were established using logging data and experimental results regression method. A set of logging interpretation models of hydrocarbon saturation, permeability and the total content of gas were established, comprehensive interpretation and evaluation method for the area of shale gas reservoir layer were also built. The method can provide refined interpretation for shale reservoirs of Toobeluc and has a good application effect.

Logging evaluation; Shale gas; Interpretation model

1006-396X(2015)04-0043-06

2015-01-26

2015-07-13

金力鉆(1968-)，男，高級(jí)工程師，從事測(cè)井資料解釋工作；E-mail: 278070199@qq.com。

TE272

A

10.3969/j.issn.1006-396X.2015.04.010